红外热像法检测建筑外墙饰面粘结质量技术研究

赵锐

摘 要：红外热像检测技术隶属无损检测技术领域，具有非接触、远距离、实时、快速、全场测量等优点，在建筑外墙饰面层粘结缺陷检测方面具有传统检测方法（捶击法、外观检测法等）无可比拟的优势。因此，对于红外热像检测技术的研究已到了不可或缺的阶段。该课题主要研究空鼓厚度、覆盖层深度和空鼓面积与温差之间的关系曲线以及最佳测试温度；同时得出空鼓面积计算公式。

关键词：红外热像检测技术；温度梯度；空鼓；空鼓率

中图分类号：TU767 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）19-0089-04

1 红外热像法检测建筑外墙饰面粘结质量的背景及意义

红外线技术已经在许多领域得到了应用，在建筑方面，红外线技术的应用起步较晚，除了在检测保温隔热性能上有少量应用外，还未见应用实例。按照习惯做法，建筑物外墙通常要做饰面工程。但是，近年来饰面砖、饰面砂浆等外墙饰面材料从建成的建筑物上掉下来的事故时有发生，甚至有个别城市发生过伤亡事故。现阶段的检验方法属于局部破损实验，实验时抽样数量受到很多限制，而且需要有脚手架。这样一来，对于新建大面积饰面工程和已使用若干年的建筑外墙饰面质量有无變化等情况的检查来说，会有很多困难。即便检查，抽样数量也很少且没有针对性。尤其是我国北方城市，一年四季的气温变化很大，建筑外墙饰面材料与粘结材料之间，基底材料与粘结材料之间在冬季存在冻融现象，致使施工时没有空鼓的墙面也会逐渐出现空鼓，严重时便会发生脱落。即使在我国南方，刚刚还是烈日炎炎，转眼倾盆大雨突至的天气也是常有的。这种天气会使建筑物表面在短时间内产生几十摄氏度的温度下降（即产生较大的温度差），由于装饰材料与结构材料的热胀冷缩并不完全同步，因此，它们之间会有温度应力出现。在这种应力作用下，饰面粘结较薄弱的部位则会出现裂缝，在各种外界因素作用下，这种温差反复出现，导致裂缝扩大，直至形成空鼓。在这种背景下，人们望找到一种能够大面积检查建筑外墙饰面空鼓情况，而又不损伤饰面材料的方法。

红外热像法通过检查外墙表面温度分布，从而判断建筑外墙饰面质量，不需要脚手架，避免危险作业而且可以快速非接触、大面积扫查建筑饰面。鉴于该技术的优点，我们对其在建筑饰面工程中应用的可行性，及其工作原理、使用范围、应用办法等方面进行了试验研究。

2 红外热像法检测建筑外墙饰面粘结质量的基础原理

红外热像法检测技术原理概述是粉刷砂浆和墙面砖剥落产生一定的空气层。封闭的空气层的热阻较大，因此外墙表面和主体之间的剥落层热传导率较低。墙体结构有很大的热容量，如RC或SRC结构的主体。当外墙的表面温度比主体温度高，热就从外墙表面传到主体中，当外墙的表面温度更低时，热就由里传到外。如果墙体饰面材料有剥落，外墙和主体之间的热传导变小。因此，当外墙表面从日照或外部升温的空气中吸收热量时，有剥落层的部位温度变化比正常情况大。通常，当暴露在太阳光或升温的空气中时，外墙表面的温度升高，剥落部位的温度比正常部位的温度高；相反，当阳光减弱或气温降低，外墙表面温度下降时，剥落部位的温度比正常部位的温度低。由于空气的热导远低于瓷砖、砖、混凝土等建筑材料，因此当热流从表面进入建筑物饰面层时，即会在“空鼓”等缺陷部位受到空气阻挡发生“热堆积”现象，使该处的红外热像呈“热斑”。由红外热像“热斑”出现的部位、持续时间等特征推知存在饰面砖粘结质量问题的区域范围。红外热像法就是根据这个原理，通过外墙表面温度场的变化来判断饰面工程质量。其原理如图1所示。

鉴于图1所示的热量传递路径，本技术研究主要考虑空鼓厚度、覆盖层深度和空鼓面积三因素的差异，同时还考虑空鼓中的介质、饰面层颜色和饰面砖饰面层的空鼓位置对成像效果的影响。

3 技术研究基础技术要点

（1）试件表面温度递增或递减梯度的确定。

1）此次技术研究主要在室内完成，加热主要采用红外灯；而红外热像检测主要是在室外对建筑物饰面层进行检测，是太阳光直接加热的。因此在试验过程中，需在室内模拟一个室外环境。

2）在加热试件之前需确定室外温度变化梯度。

（2）红外灯照射距离及照射面积的确定。

1）在确定了室外空气温度变化梯度后，选择加温区域范围：分别将红外灯置于距墙1m、照射面积为1000mm×800mm，1.5m、1250mm×800mm，分别得出的实验结果如图2-图3和（表2-表3）。

2）红外灯距墙1m和1.5m时，温度上升太快，与室外温度变化梯度不符；红外灯距墙2m时，两个半小时温度上升到39℃，与室外温度梯度变化基本相同，因此，红外灯距墙距离确定为2m。

（3）在技术研究过程中，用纸代替空气作为空鼓，空鼓厚度分别设为0.1mm，0.4mm，1.0mm，空鼓大小分别设定为20×20mm2，70×40mm2，80×50mm2；覆盖层厚度设为20mm。

（4）技术研究拍摄图像，如图4-6所示。

4 研究结论

（1）根据图4-图6中红外热像仪拍摄的图像可以看出，空鼓面积越大，空鼓越厚成像效果越明显，而面积太小（如20×20mm2），会使成像效果不明显或者看不见，从而影响数据处理，因此空鼓面积需重新设定；

（2）试件表面的平整度对课题的研究有较大的影响，凸出的部分受热较多，温度上升快，凹下去的部分受热较少，温度上升慢，这样的温度差影响了成像效果；

（3）墙体的裂缝对课题的研究有一定影响，裂缝缝隙中的空气热阻较大，传热较慢，会形成局部高温，从而影响成像效果；

（4）拍摄过程中必须正面拍摄，否则会对数据处理带来难度；

（5）覆盖层面积的大小影响技术研究结果；

（6）墙体本身的质量对课题的研究有影响。

5 后期的技术研究应注意的问题

针对在前期研究中发现的问题和存在的不足，需在后期的技术研究过程中做如下更改：

（1）针对空鼓太小、成像不明显的情况，需增大空鼓面积；

（2）技术研究前，应对试验墙体进行检查，以确保其完整性；

（3）研究过程中应尽量减少自然或人为因素对试验的影响（如试件表面平整度、裂缝等）。

参考文献

[1]张荣成.红外热像法检测建筑物外墙饰面施工质量的试验研究，2002，2：40.

[2]袁昕，谢慧才，陈高峰.建筑物外墙饰面砖粘贴质量的红外热像检测试验研究，2003，（03）：43.

[3]徐教宇.红外线检测外墙饰面砖技术及其技术规程，2011，（06）：78.endprint